CN111837872A - 一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤及方法，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；脱水后的城市污泥的含水率25％～45％；还包括占免水土壤重量15％～30％的沙子或沙质土；免水土壤的含水率20％～30％。本技术方案利用城市污泥作为治理沙漠用植物的基础土壤基，使得植物在栽种的初期是在营养充足的环境中成活，当植株生长到一定程度后，其根系穿破容纳基础土壤基的容器，吸收沙漠含水层的水分，同时在基础土壤基的营养支撑下，植株快速生长到足以形成初步覆盖的程度，能够有效的抵御沙漠的环境，并且此时，植株的根部已经深入到沙漠的含水层，不需要再对其浇水或仅需要少量浇水即可。

Description

一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤及方法
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体是指城市污泥的处理及利用与治理沙漠相结合的技术领域，特别是指一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤及方法。
背景技术
现国内多数城市的污水均是通过污水处理场的处理，达到国家排放标准后才能排放到自然水体。随着国内水资源的减少及环保要求的提高，现关于处理水的回用技术受到了广泛的关注，而且，现已经有些城市做到了处理后的污水回用，比如园林绿化等方面，对环境保护起到了积极的作用。
但是，污水处理现技术基本上均采用物理处理法结合化学及生物处理法的处理方式，即城市污水在污水处理场前汇集后，首先进入到污水处理场的沉淀池，利用物理沉淀的方式，将污水中的悬浮物利用密度的不同，进行沉淀或漂浮以去除，经过沉淀的污水再通过加凝聚剂及气浮的方式进行再次处理，再将气浮后的污水通入生化池中，利用先期培养的活化污泥中的微生物对污水中的污染物进行进一步的清除，经过生化处理的污水已经大部分能够符合国家污水排放标准。
当然，为了处理后污水的回用，还需要清除水体的悬浮活化污泥或经过生化膜进行再次处理，进一步降低水体中的污染物含量，以达到回用的目的。而在生化处理过程或生化膜处理过程中，均会有大量的活性污泥产生，再加上在前期沉淀池中的沉淀污染物或飘浮污染物，这部分可以统称为城市污泥，当然也可以单指活性污泥或单指沉淀污染物及飘浮污染物。
这种城市污泥首先含水量非常高，甚至能达到90％或以上，现有技术提出使用焚烧的方式处理，但是含水量过高导致焚烧难度大，而且这部分城市污泥的热值低，采用焚烧的技术时需要大量的燃煤等，反而加重了空气污染程度，不符合环保的要求。也有技术提出，该部分的城市污泥含有大量的营养物质，可以用于制备肥料，但是，这些城市污泥中大部分重金属含量超标，若施加至土壤中用于农业生产，不论是生产出的粮食还是蔬菜水果等，均会出现重金属超标的问题，导致健康的伤害。因此，现绝大多数的城市污泥采用的是填埋的方式处理，而这种处理方式占用大量的土地，并且会污染地下水资源，对于我国本就地下水资源紧张的情况带来危害。如何在低成本、不伤害环境的情况下处理城市污泥一直是本领域研究的课题。
另一方面，我国国土范围内包括有大量的沙漠，而且随着部分土壤的沙漠化，导致我国的沙漠化问题非常严重，我国近几十年来，不论是政府还是个人，对沙漠治理均投入了大量的物力、财力及人力，也取得到较大的成果，比如毛乌素沙漠的有效治理等。
沙漠治理面对的问题是，降雨稀少，流动沙丘及肥力问题，现治理沙漠主要以植树为主，但是，现面对的事实是树木成活率低、每年均需要大量的浇水，并且因为肥力低导致生长缓慢，需要多年才能实现对某一区域的有效森林覆盖，导致治理成本非常高昂。
如何将城市污泥与沙漠治理有机结合起来，没有任何的文献有过报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤及方法，以解决现城市污泥处理困难及沙漠治理成本高的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；
所述脱水后的城市污泥的含水率25％～45％；还包括占免水土壤重量15％～30％的沙子或沙质土；
免水土壤的含水率20％～30％。
进一步的，所述城市污泥包括但不限于污水处理场的活性污泥、污水处理场沉淀池的池底沉淀物或污水处理场沉淀池的上浮物中的一种或一种以上组合。
进一步的，所述城市污泥为非发酵城市污泥，或发酵城市污泥。
进一步的，还包括占免水土壤重量5％～20％的保水剂。
进一步的，还包括占免水土壤重量5％～20％的建筑垃圾，所述建筑垃圾为经过粉碎后，粒径小于50目。
本申请还提供一种利用城市污泥治理沙漠环境的方法，利用上述任一项的免水土壤，包括以下步骤：
1)将免水土壤装于设定体积或重量的容器中，所述容器的材质为不渗水且能够快速降解材料；
2)将治理沙漠用的植物栽种于所述容器内的免水土壤中；
2)在待治理沙漠的设定区域内挖出沙坑；
3)将装有免水土壤的容器的底部穿设定数量的孔后直接放置于沙坑内后回填部分沙子，使容器侧壁与沙土接触。
所述沙坑的底部为含水沙层，所述容器的底部与含水沙层接触。
本发明的有益效果是：
本技术方案利用城市污泥作为治理沙漠用植物的基础土壤基，使得植物在栽种的初期是在营养充足的环境中成活，当植株生长到一定程度后，其根系穿破容纳基础土壤基的容器，吸收沙漠含水层的水分，同时在基础土壤基的营养支撑下，植株快速生长到足以形成初步覆盖的程度，能够有效的抵御沙漠的环境，并且此时，植株的根部已经深入到沙漠的含水层，不需要再对其浇水或仅需要少量浇水即可。
本技术方案使用城市污泥只需要进行简单的脱水即可，不需要进行其它的处理，首先降低了城市污泥的治理成本，并且污泥脱水可以采用设备脱水也可以采用自然脱水，而且本技术方案的城市污泥优选非发酵污泥，这是因为发酵污泥其实质上属于有机肥的种类，其虽然能够被植株快速吸收，但是肥力失效过快，并且在短期内大量的肥力提供，反而会烧伤植株的根系，不适合干旱缺水的沙漠环境使用。使用非发酵城市污泥，因为其没有腐熟，肥力不会短期内快速提供，因此不会烧伤植株的根系，并且在使用过程中，其会逐渐的腐熟，这一过程中，会有微量的热量提供，帮助植株在沙漠栽种较深导致底部温度低不利于生长的问题。
具体实施方式
以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本技术方案的主旨是利用城市污泥作为治理沙漠的植株基础土壤基的技术方案，本技术方案的思路是治理沙漠首要的方式是栽种耐旱植株，当植株生长到一定的程度后，许多植株能够对一定的区域沙漠形成有效的覆盖，起到固沙治理的目的，但是，现经过几十年沙漠治理经验，最大的难题是栽种的植株成活率问题及第二年的返青问题，因为在沙漠区域内栽种的植株为了成活，通常采用两种方式，一种是挖稍深一点的坑，将植株栽种后，通过多次反复浇水，保证植株成活并靠植株自身将根系向含水层生长，这种方式栽种简单，但是后期成本高，需要大量的浇水，并且在第二年返青前还需要浇水等导致成活率不高，而且沙漠的肥力较差，即使植株成活也生长缓慢，形成有效覆盖需要好多年，也不利于沙漠治理的速度。
还有一种在沙漠中栽种的方式是向沙漠中钻深孔，直接将植株种到含水沙层中，以提高成活率并且减少浇水次数等后期维护成本，但是不得不面对的问题是，沙漠土壤中本就肥力低，而深处的沙层的肥力更低，因此，即使成活同样生长缓慢，这也就是为什么已经栽种了三四年的沙漠区域，远远望去依然是沙漠的问题。
本技术方案正是有效的利用了城市污泥的营养丰富，但是因为某些元素超标而不能应用于农业生产，但是沙漠治理重要的是提高植株的成活率形成有效的覆盖，而非用于生产人类或家畜，同时，沙漠土壤的肥力低下不适于植株的生长，将城市治理成本高的污泥经过简单的脱水并添加一些其它的组分用于沙漠治理是即经济又有效的。
本申请的技术方案是一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；本技术方案中，脱水污泥即经过简单的脱水即使用，而不经过其它的处理。
所述脱水后的城市污泥的含水量25％～45％，通常情况下，经过简单的脱水后，含水量均在接近45％左右，而很少使用接近25％左右的，这是因为首先含水量高处理成本更低，另一方面，在加入占免水土壤重量15％～30％的沙子或沙质土后，并且基础土壤基的含水率偏高些，以为植株提供充分的水量。
在本技术方案中，沙子或沙质土均为待治理区域的沙子或沙质土，这样的技术是使得植株在栽种的初期能够对真实的沙漠土质的适应，并且减少运输成本。并且能够提高免水土壤的疏松性，避免免水土壤的粘度过高，不利于植株的生长。
在本申请的技术方案中，脱水城市污泥首选污水处理场的活性污泥，其次为活性污泥与污水处理场沉淀池的池底沉淀物的混合物，第三为污水处理场沉淀池的池底沉淀物与沉淀池的上浮物的混合物，第四为活性污泥与城市污水处理所产生的其它物质的混合物，第五为上述前四种中均含有的混合物。在本申请的技术方案中，对上述的各种类物质的混合比例不做具体的要求，因为只要适合并且其所包括的营养物质大于沙漠土壤的营养物质均可实现本申请的技术方案，因此，强调明确的组分或各组分的含量没有意义。本申请的技术方案中，也可以使用将上述五种物质进行发酵后再用于本申请的技术方案，但不是优选。
经过本申请技术方案制备的基础土壤基的含水率为20％～30％，优选含水率为22％～28％，或者再优选含水率为22％～25％，比如含水率20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％或30％等这样的含水率能够保证植株生长的需要，并且足以提供植株的根系扎入沙漠含水层之前的用水量。
在本申请的其它实施例中，在免水土壤中，加入占免水土壤重量5％～20％的保水剂(保水缓释剂)，具体的使用量可以为之间的任意选用，比如5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％或上述之间的任意确定值，但是优选8％～12％之间。在本申请的技术方案中，关于保水剂的选用并不做限制，所有现技术中能够用于保水剂材料均适用于本申请的技术方案中，具体需要考量的是保水剂成本及缓释时间的问题。
在本申请的技术方案中，还包括使用占免水土壤重量5％～20％的建筑垃圾，此处的建筑垃圾主要是指建筑用砖、水泥或混凝土等，这一部分的建筑垃圾也是城市需要处理的难题，现在主要是用于回填使用，其余的均是以堆积的方式处理，占用了大量的土地，本技术方案利用建筑垃圾主要的方面是部分复原沙漠土壤，另一个方面也用于起到部分保水剂的作用，并且，在使用建筑垃圾后，污泥城市污泥的含水量可以提高，进一步的减轻城市污泥脱水的工作量，降低处理成本。
再一方面，建筑垃圾的使用，能够提高免水土壤的疏松性，避免免水土壤的粘度过高，不利于植株的生长。
在本申请的技术方案中，是将建筑垃圾粉碎成粒径小于50目的颗粒使用，其中以100目左右为优选。
本申请还提供一种利用城市污泥治理沙漠环境的方法，利用上述任一项的免水土壤，包括以下步骤：
1)将免水土壤装于设定体积或重量的容器中，所述容器的材质为不渗水且能够快速降解材料；在本申请中，容器主要选择能够快速降解的材质制备，此处的快速降解是指在大于6个月小于18个月的时间能够降解，不会对植株的根系生长产生限制，在此不对容器的种类进行限制。另一方面，也可以使用本技术的免水土壤栽种植株后，在移栽前去掉容器，但不是优选，因为会导致免水土壤中的水分快速流失。
2)将治理沙漠用的植物栽种于所述容器内的免水土壤中，此部分主要是指两种方式，一种是先将待移栽植株种植于容器内的免水土壤中，再进行移栽；一种是将装有免水土壤的容器放入坑内，然后再栽种植株。
2)在待治理沙漠的设定区域内挖出沙坑；所述沙坑的底部为含水沙层，所述容器的底部与含水沙层接触。
3)将装有免水土壤的容器的底部穿设定数量的孔后直接放置于沙坑内后回填部分沙子，使容器侧壁与沙土接触。
以下通过具体的实施例来详细说明免水土壤的组成，以下的实施例仅是示例，用于表明免水土壤的可能组成，但本领域技术人员均清楚，申请人不可能穷尽各组成的，而仅能是示例性的说明，但是各组成的免水土壤，均能使用相同的治理方法，因此，在以下的实施例中，不对利用城市污泥治理沙漠环境的方法进行重复说明。
在以下的各实施例中，均不对脱水后的城市污泥的含水率进行说明，而是最终确定免水土壤的含水率为准，因为城市污泥的含水率可以根据需要进行增加或减少，并不会影响到本申请技术方案的实现。
实施例1
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；由脱水后的污水处理场活性污泥和占免水土壤重量15％的沙子组成，获得的免水土壤的含水率为30％。
实施例2
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；由脱水后的污水处理场活性污泥和占免水土壤重量30％的沙子组成，获得的免水土壤的含水率为20％。
实施例3
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；由脱水后的污水处理场活性污泥和占免水土壤重量20％的沙子组成，获得的免水土壤的含水率为25％。
实施例4
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；由脱水后的污水处理场活性污泥和占免水土壤重量25％的沙子组成，获得的免水土壤的含水率为22％。
实施例5
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；由脱水后的污水处理场活性污泥和污水处理场沉淀池的池底沉淀物按1∶1的重量比的混合物，与占免水土壤重量25％的沙子组成，获得的免水土壤的含水率为30％。
实施例6
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；由脱水后的污水处理场活性污泥和污水处理场沉淀池的池底沉淀物按1∶2的重量比的混合物，与占免水土壤重量20％的沙子组成，获得的免水土壤的含水率为20％。
实施例7
一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；由脱水后的污水处理场活性污泥和污水处理场沉淀池的池底沉淀物按2∶1的重量比的混合物，与占免水土壤重量18％的沙子组成，获得的免水土壤的含水率为22％。
实施例8～14
上述实施例1至7中，均加入5％的保水剂，在实施例8～14中加入的保水剂为聚丙烯酸钾。
实施例15～21
上述实施例1至7中，均加入15％的保水剂，在实施例15～21中加入的保水剂为聚丙烯酸钾。
实施例22至28，
上述实施例1至7中，均加入8％的保水剂，在实施例22～28中加入的保水剂为聚丙烯酸钾。
实施例29～35
上述实施例1至7中，均加入10％的保水剂，在实施例29～35中加入的保水剂为淀粉接枝丙烯酸盐。
实施例36～42
在上述实施例1至7中，加入100目的占免水土壤重量5％的建筑垃圾。
实施例43～49
在上述实施例8至14中，加入100目的占免水土壤重量8％的建筑垃圾。
实施例50～56
在上述实施例15至21中，加入100目的占免水土壤重量10％的建筑垃圾。
实施例57～63
在上述实施例22至28中，加入100目的占免水土壤重量15％的建筑垃圾。
实施例64～70
在上述实施例29至35中，加入100目的占免水土壤重量20％的建筑垃圾。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，其特征在于，利用脱水后的城市污泥作为沙漠治理所栽种植物的基础土壤基；
所述脱水后的城市污泥的含水率25％～45％；还包括占免水土壤重量15％～30％的沙子或沙质土；
免水土壤的含水率20％～30％。
2.根据权利要求1所述的利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，其特征在于，所述城市污泥包括但不限于污水处理场的活性污泥、污水处理场沉淀池的池底沉淀物或污水处理场沉淀池的上浮物中的一种或一种以上组合。
3.根据权利要求1所述的利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，其特征在于，所述城市污泥为非发酵城市污泥，或发酵城市污泥。
4.根据权利要求1所述的利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，其特征在于，还包括占免水土壤重量5％～20％的保水剂。
5.根据权利要求1或4所述的利用城市污泥治理沙漠环境的免水土壤，其特征在于，还包括占免水土壤重量5％～20％的建筑垃圾，所述建筑垃圾为经过粉碎后，粒径小于50目。
6.一种利用城市污泥治理沙漠环境的方法，利用上述权利要求1至5中任一项的免水土壤，其特征在于，包括以下步骤：
1)将免水土壤装于设定体积或重量的容器中，所述容器的材质为不渗水且能够快速降解材料；
2)将治理沙漠用的植物栽种于所述容器内的免水土壤中；
2)在待治理沙漠的设定区域内挖出沙坑；
3)将装有免水土壤的容器的底部穿设定数量的孔后直接放置于沙坑内后回填部分沙子，使容器侧壁与沙土接触。
7.根据权利要求6所述的利用城市污泥治理沙漠环境的方法，其特征在于，所述沙坑的底部为含水沙层，所述容器的底部与含水沙层接触。
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